美兩大國家實驗室合作 3D 列印、AI 檢測核壓力容器 強化能源供應鏈

美國橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）與 Idaho National Laboratory 於 8 月 19 日宣布，正式展開一項研究合作計畫。這項計畫旨在結合線弧 3D 列印技術與人工智慧（AI）驅動的認證工具，擴大國內核能壓力容器的製造，以強化美國的能源供應鏈安全。

核能壓力容器是核反應爐的核心組件，必須能長時間承受極高的熱度、壓力和輻射，對核電廠的運作至關重要。傳統上，這些容器主要透過鍛造方式製造，但美國國內的鍛造產能不足以應付日益增長的核能基礎設施需求，成為產業發展的一大瓶頸。

這項創新的核心在於採用線弧積層製造（wire arc additive manufacturing）。此技術透過熔化金屬線並逐層精確沉積，能建構出大型且複雜的金屬部件，有助於突破傳統鍛造在尺寸和形狀上的限制。橡樹嶺國家實驗室主要利用其先進的 MedUSA 平台進行積層製造，這是一個由三組機器人手臂協調運作的 3D 列印系統。

Idaho National Laboratory 則貢獻其在 AI、數位工程和資料科學領域的專業知識，包括名為 Prometheus 的 AI 專案。這項合作的目標是實現「出生即合格」（born-qualified）組件，意味著在列印製造過程中即時收集數據，持續驗證組件的性能和材料特性，而非在生產完成後才進行冗長的事後檢測。橡樹嶺國家實驗室首席研究員 Patxi Fernandez-zelaia 表示，他們希望利用列印過程中的數據，自信地評估組件在極端環境下的適用性。Idaho National Laboratory 先進製造團隊主管約爾根·魯夫納也強調，這種方法能在零件列印時就評估其性能，而非在完成後才檢測。

這項創新製造技術可望大幅加速核能組件的部署。今年 7 月，Manufacturing Demonstration Facility 的科學家已成功利用 MedUSA 平台，列印出一個約 3 乘以 5 英尺的小型核能壓力容器原型，該原型由適用於核能應用的鋼合金製成。此外，橡樹嶺國家實驗室也使用相同的列印機和材料，為 Antares Nuclear, Inc. 的 R1 Mark-0 微型反應爐製造中子感測器支架，該微型反應爐已於 6 月在 Idaho National Laboratory 達到臨界狀態。這項開發的技術除了核能領域，未來也潛力應用於國防、航空航太和化學工業中，用於生產其他反應爐部件或大型結構金屬零件。